▲图1 黄家沟碳酸岩稀土矿物结构，（a, b）v-1碳酸岩中独居石-褐帘石-磷灰石，以及褐帘石中石英-晶质铀矿包裹体；（c，d）v-2碳酸岩中的独居石-褐帘石-磷灰石
本次研究通过手标本观察和镜下薄片分析，根据围岩和矿石矿物不同，将黄家沟碳酸岩划分为两种类型，分别为产出在古元古代伟晶岩中的v-1碳酸岩和产出在片麻岩中的v-2碳酸岩。v-1碳酸岩中稀土矿物冠状体的褐帘石区域含有球状石英-晶质铀矿包体（图1a，b），而v-2碳酸岩并不具有铀矿化，且独居石表现出核边结构。通过独居石和褐帘石LA-ICP-MS原位U-Pb定年和主微量元素分析，两种碳酸岩中独居石U-Pb同位素数据揭示了晚三叠世（ca. 220Ma）碳酸岩侵位及稀土成矿事件（图2）；而褐帘石U-Pb年龄反映了早白垩世（ca. 130 Ma）碳酸岩稀土再活化事件（图3），此时流体交代碳酸岩中方解石释放了Ca和稀土，导致了活化流体中高的Ca含量，促使独居石分解形成次生褐帘石。同时，v-2碳酸岩中独居石Th-Pb年龄表现出随Th含量升高而逐渐年轻的现象（图2），反映了在早白垩世碳酸岩再活化过程中片麻岩中大量富F黑云母的分解导致流体中局部较高的F含量，提高了Th的活度，从而使独居石发生了Th的后期富集而使Th-Pb年龄失真。此外，LA-MC-ICP-MS独居石Nd同位素和褐帘石Sr-Nd同位素分析，揭示了早白垩世流体来源于同期花岗岩（图4）。
▲图2 黄家沟v-2碳酸岩中独居石U-Th-Pb同位素特征
▲图3 黄家沟碳酸岩中褐帘石U-Pb年龄
▲图4 黄家沟碳酸岩褐帘石Sr-Nd同位素特征
【研究表明】黄家沟晚三叠世碳酸岩脉中独居石-褐帘石-磷灰石冠状结构揭示了碳酸岩系统中独居石遭受到晚期流体改造，造成稀土的再次迁移，形成次生稀土矿物（褐帘石与磷灰石）的相变过程。独居石和褐帘石的Sr-Nd同位素表明，与白垩纪花岗岩有关的岩浆热液诱导了黄家沟碳酸岩的稀土再活化过程，形成了次生稀土矿物相褐帘石，提升了碳酸岩的工业价值。褐帘石的地球化学特征可有效反映小秦岭碳酸岩稀土再活化过程中的元素迁移。此外，碳酸岩再活化过程中局部富集的F可能造成独居石相变过程中残余独居石发生二次Th富集，干扰Th-Pb年龄，因此富F系统中独居石U-Th-Pb年龄应仔细评估。
论文信息
Zhang Hao-Xiang, Jiang Shao-Yong*, Liu Si-Qi, Yuan Feng, Chen Wei, Su Hui-Min, 2023. U-Th-Pb dating, trace elements, and Sr-Nd isotopes of monazite and allanite as recorders for multi-stage rare earth element mineralization and remobilization in carbonatite dike systems. Geological Society of America Bulletin, https://doi.org/10.1130/B36931.1.
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